传感器领域 传感器技术在各领域全面应用

传感器技术在各领域全面应用

11月5日下午，2023世界传感器大会分会场活动国际传感器企业家峰会上发布了《2023中国传感器企业高质量发展白皮书》。

白皮书显示，从20世纪50年代开始，传感器技术历经三代发展，由结构型传感器到固体型传感器，再到智能型传感器发展阶段，目前已在各个行业全面渗透。

近年来，在新能源汽车、工业自动化、医疗、环保、消费等领域智能化、数字化需求的持续带动下，全球传感器市场规模保持稳步增长，为智能传感器的发展奠定了产品基础。同时，新能源汽车产量增加、智能家居渗透率不断提升、5G基站持续大规模建设等，带动了中国传感器市场规模上升，增速高于全球水平。

数据显示，中国传感器市场产品结构中，2022年压力传感器仍是占比最高的，图像传感器、位置传感器分列二、三位。从区域分布来看，2022年中国传感器市场区域结构与往年基本保持一致，华东地区仍是占比最高的区域，市场占比达45.6%，其次是中南、华北地区。从应用结构来看，第一大应用份额是汽车电子，其次是工业制造和消费电子领域。

白皮书建议，企业要注重产品工艺研发，加大科研投入及自主创新，形成拥有自主知识产权的优质产品。要将下游应用中传感器所面临的问题点作为新产品的突破口，着力解决下游应用领域需要的技术。同时，关注人工智能算法的应用场景以及其与传感器产品的融合发展，尤其是自动驾驶、自然环境监测等领域。

白皮书还评选出压力及加速度传感器十大企业。

分析全球传感器行业发展概况：看清传感器10大应用领域格局

　　一、全球传感器行业发展概况分析

　　传感器(transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

　　由于世界各国普遍重视和投入开发，传感器展十分迅速。近年来全球传感器市场一直保持高速增长，2019年市场规模近2265亿美元。2019年全球MEMS市场规模达169.6亿美元，CIS市场规模近170亿美元。2019年索尼继续保持着在CMOS图像传感器领域的领先地位，市场份额达49.2%，三星、豪威紧随其后。

　　据日本矢野研究所预测数据，车载雷达与摄像头，预计到2030年全球市场规模都将近900亿元，发展潜力较大。

　　1、2019年全球传感器行业市场规模达到2265亿美元

　　全球从事研制生产单位已超过6500家。美国、欧洲俄罗斯各自从事传感器研究和生产厂家1000余家，日本有800余家。

　　2010-2019年期间，全球传感器市场一直保持快速增长，随着经济环境的持续好转，市场对传感器的需求将不断增多，到2018年全球传感器行业市场规模增长至2059亿美元，同比增长5.3%。初步测算2019年全球传感器行业市场规模近2265亿美元，同比增长10.0%。

　　2、2024年全球MEMS传感器行业市场规模将超185亿美元

　　据Yole统计，2019年全球包括加速度计、陀螺仪、压力传感器和麦克风等应用在内的MEMS(含传感器、致动器、微能源等)市场规模达169.6亿美元，预计2024年市场规模将达到达185.1亿美元。

　　3、2024年全球CMOS图像传感器行业市场规模将达到240亿美元左右

　　图像传感器分为CCD传感器、CIS传感器(CMOS图像传感器)两大类别，CIS传感器由于体积小、成本更低等优势广泛被广泛地应用于手机、汽车、安防、医疗等场景。

　　据Yole统计，2019年全球CIS市场规模170亿美元，同比2018年的155亿美元增长9.7%。在智能手机普及以及手机摄像功能提升(双摄像头等)的推动下，预计2024年全球CIS市场规模将达到240亿美元，除了手机以外，汽车智能化的重要性也不断上升。

　　4、2019年索尼继续保持着在CMOS图像传感器领域的领先地位 ，市场份额达49.2%，三星、豪威紧随其后

　　据Yole统计，2019年索尼继续保持着在CMOS图像传感器领域的领先地位，索尼以49.2%的市占率位居第一，三星以19.8%的市占率排名第二，豪威以11.2%的市占率位列第三，前六大厂商占据90.8%的市场份额，市场集中度非常高。

　　5、车载雷达与摄像头，预计到2030年全球市场规模都将近900亿元，发展潜力较大

　　据日本矢野研究所数据，车载雷达与摄像头未来将高速发展，预计到2030年全球市场规模都将近900亿元，成为最受益的细分领域，发展潜力较大。

　　二、传感器10大应用领域的格局

　　传感器是一种应用非常广泛的检测装置，应用于环境监测、交通管理、医疗健康、农畜牧业、消防安全、生产制造、航空航天、电子产品、其他领域等。它能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

　　①　工业控制：工业自动化、机器人技术、检测仪器、汽车工业、造船业等

　　②　电子产品：智能穿戴、通信电子产品、消费电子产品等

　　③　航空军事：航天技术、军事工程、空间探索等

　　④　家居生活：智能家居、家用电器等

　　⑤　交通管理：交通运输、城市交通、智慧物流等

　　⑥　环境监测：环境监测和预报、天气测试、水文测试、能源环保、地震测试等

　　⑦　医疗健康：医疗诊断、医疗大健康、健康护理等

　　⑧　消防安全：大型车间、仓库管理，机场、车站、码头、大型工业园区的安全监测等

　　⑨　农畜牧业：农业现代化、畜牧养殖等

　　⑩　其他领域：复杂机械监控、实验室监测等

2015-2020年中国传感器应用领域市场占比变化图表

　　资料来源：伙伴产业研究院(PAISI)整理

　　2017年中国传感器各应用领域市场占比

　　资料来源：伙伴产业研究院(PAISI)整理

　　可以看出在2017年成为各应用领域市场占比的转折点。2017年之前，工业控制、电子产品、航空航天应用占比均得到快速增，特别是工业控制、电子产品尤为突出。

　　但是2018年后，随着智能家居、人工智能、智能医疗、航空航天、交通管理等蓬勃发展，工业控制、电子产品占比逐渐减少，预计到2020年，传感器在工业控制和电子产品领域应用占比分别为22.4%，8.8%。

　　随着技术研发的持续深入，成本的下降，性能和可靠性的提升，在物联网、移动互联网和高端装备制造快速发展的推动下，传感器的典型应用市场发展迅速。

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　　在工业控制中的应用

　　工业控制应用的传感器较为广泛，如使用于汽车制造、产品工艺控制、工业机械、专用设备以及自动化生产设备等等的各种测量工艺变量(如温度、液位、压力、流量等)、测量电子特性(电流、电压等)和物理量(运动、速度、负载以及强度)的以及传统的接近/定位传感器发展迅速。

　　同时，智能传感器通过将人机连接，并结合软件和大数据分析，可以突破物理和材料科学的限制，并将改变世界的运行方式。在工业4.0的愿景中，通过端到端传感器解决方案和服务在生产现场复兴。它促进了更明智的决策，提高了运营效率，提高了产量，提高了工程效率并极大地提高了业务绩效。

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　　在电子产品中的应用

　　传感器在电子产品中应用多见于智能穿戴、3C 电子，手机在应用领域占比最大。手机产量的大幅增长及手机新功能的不断增加给传感器市场带来机遇与挑战，彩屏手机和摄像手机市场份额不断上升增加了传感器在该领域的应用比例。

　　此外，应用于集团电话和无绳电话的超声波传感器、用于磁存储介质的磁场传感器等都将出现强势增长。

　　在可穿戴式应用领域方面，传感器是必不可少的元器件。

　　比如健身追踪器和智能手表正逐渐成为一种日常生活方式设备，可帮助我们跟踪自己的活跃程度以及基本的健康参数。事实上，为了帮助人们衡量活动水平和心脏健康，戴在手腕上的那些微型设备中有很多技术。

　　任何典型的健身手环或智能手表都内置约16个传感器。根据价格的不同，有些商品的数量可能会有所增加。这些传感器与其他硬件组件（如电池，麦克风，显示器，扬声器等）以及功能强大的高端软件一起构成健身追踪器或智能手表。

　　如今可穿戴设备的应用领域正从外置的手表、眼镜、鞋子等向更广阔的领域扩展，如电子肌肤等。

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　　在环境监测的应用

　　在环境监测和预报方面，无线传感器网络可用于监视农作物灌溉情况、土壤空气情况、家畜和家禽的环境和迁移状况、无线土壤生态学、大面积的地表监测等，可用于行星探测、气象和地理研究、洪水监测等。基于无线传感器网络，可以通过数种传感器来监测降雨量、河水水位和土壤水分，并依此预测山洪爆发描述生态多样性，从而进行动物栖息地生态监测。还可以通过跟踪鸟类、小型动物和昆虫进行种群复杂度的研究等。

　　随着人类对环境质量的重视和关注， 在实际的环境检测过程中， 人们往往需要既可以方便携带， 又能够实现多种待测物持续动态监测的分析设备和仪器。借助新型的传感器技术， 能够满足上述需求。

　　比如，在进行大气监测的过程中，氮化物，硫化物等都是严重影响人们生产生活的污染物。

　　在氮氧化物中SO2，是酸雨以及酸雾形成的主要原因，而且传统的方法虽然可以测出SO2的含量，但是方法复杂而且不够准确。最近研究学者发现特定传感器能够将亚硫酸盐进行氧化，在进行氧化的过程中会消耗一部分的氧气，这就会使电极溶解氧下降从而生成电流效应。利用传感器可以有效的得到亚硫酸盐的含量值，不但速度快而且可靠度高。

　　而针对氮化物，可用氮氧化物传感器来监测。氮氧化物传感器的原理就是利用氧电极生成一种特定的消耗亚硝酸盐的细菌，通过计算溶解氧浓度的变化来计算出氮氧化物的含量。因为生成的细菌是以硝酸盐作为能源，而且只是以这种硝酸盐作为能源，因此，在实际的应用过程中具有唯一性不会因为其他物质的干扰而受到影响。国外一些研究学者利用膜的原理进行了更加深入的研究，从而间接的测出了空气中含量非常低的NO2的浓度。

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　　在交通管理中的应用

　　在交通管理中利用安装在道路两侧的无线传感网络系统，可以实时监测路面状况、积水状况以及公路的噪音、粉尘、气体等参数，达到道路保护、环境保护和行人健康保护的目的。

　　智能交通系统( ITS )是在传统的交通体系的基础上发展起来的新型交通系统，它将信息、通信、控制和计算机技术以及其他现代通信技术综合应用于交通领域，并将“人-车-路-环境”有机地结合在一起。在现有的交通设施中增加一种无线传感器网络技术，将能够从根本上缓解困扰现代交通的安全、通畅、节能和环保等问题，同时还可以提高交通工作效率。

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　　在医疗健康中的应用

　　国内外众多医疗研究机构，包括国际着名的医疗行业巨头在传感器技术应用于医疗领域方面已取得重要进展。

　　如美国佐治亚理工学院正在开发具备压力传感器和无线通信电路等的体内嵌入式传感器，该器件由导电金属和绝缘薄膜构成，能够根据构成的共振电路的频率变化检测出压力的变化，发挥完作用之后就会溶解于体液中。

　　近年来，无线传感器网络在医疗系统和健康护理方面已有很多应用，例如，监测人体的各种生理数据，跟踪和监控医院中医生和患者的行动，以及医院的药物管理等。

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　　在家居生活中的应用

　　无线传感器网络的逐渐普及，促进了信息家电、网络技术的快速发展，家庭网络的主要设备已由单一机向多种家电设备扩展，基于无线传感器网络的智能家居网络控制节点为家庭内、外部网络的连接及内部网络之间信息家电和设备的连接提供了一个基础平台。

　　在家电中嵌入传感器结点，通过无线网络与互联网连接在一起，将为人们提供更加舒适、方便和更人性化的智能家居环境。利用远程监控系统可实现对家电的远程遥控，也可以通过图像传感设备随时监控家庭安全情况。利用传感器网络可以建立智能幼儿园，监测儿童的早期教育环境，以及跟踪儿童的活动轨迹。

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　　在农畜牧业中的应用

　　农业是无线传感器网路使用的另一个重要领域。

　　如“西北优势农作物生产精准管理系统”实施以来，主要针对西部地区优势农产品苹果、猕猴桃、丹参和甜瓜、番茄等主要农作物，以及西部干旱少雨的生态环境特点开展专项技术研究、系统集成与典型应用示范，成功将无线传感器网络技术成功应用于精细农业生产中。这个实时采集作物生长环境的传感网先进技术应用农业生产，为发展现代农业提供了新的技术支撑。

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　　在消防安全中的应用

　　由于建筑物不断进行修补，可能会存在一些安全隐患。虽然地壳偶尔的小震动可能不会带来看得见的损坏，但是也许会在支柱上产生潜在的裂缝，这个裂缝可能会在下一次地震中导致建筑物倒塌。用传统方法检查往往需要将大楼关闭数月，而安装传感器网络的智能建筑可以告诉管理部门它们的状态信息，并自动按照优先级进行一系列自我修复工作。

　　随着社会的不断进步，安全生产的概念已经深入人心，人们对安全生产的要求也越来越高。在事故多发的建筑行业，如何保证施工人员的人身安全，以及工地的建筑材料、设备等财产的保全是施工单位关心的头等大事。

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　　航空领域中的应用

　　在航空领域，对安装组件的安全性和可靠性要求极高。这尤其适用于在不同地方使用的传感器。

　　例如，火箭在起飞时，由于起飞速度非常高（超过4马赫或3000 mph），空气会在火箭表面和箭身上产生巨大的压力和作用力，形成极其苛刻的环境。因此需要压力传感器来监控这些作用力，以确保它们保持在箭身的设计限制范围内。起飞时，压力传感器会暴露于从火箭表面流过的空气中，从而测出数据。这些数据还用于指导未来的箭身设计，以使其更可靠、紧固和安全。此外，如果出现什么错误，压力传感器的数据还将成为极其重要的分析工具。

　　再比如，在飞机装配中，传感器可确保非接触式铆钉孔测量，还有可用于测量飞机任务的起落架，机翼组件，机身和发动机的位移和位置传感器，可以提供可靠精准的确定测量值。

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　　在其他领域/特殊领域中的应用

　　无线传感器网络是当前信息领域中研究的热点之一，可用于特殊环境实现信号的采集、处理和发送；无线温湿度传感器网络以PIC单片机为核心，利用集成湿度传感器和数字温度传感器设计出温湿度传感器网络节点的硬件电路，并通过无线收发模块与控制中心通信，使之系统传感器节点的功耗低，数据通信可靠，稳定性好，通信效率高，可广泛应用于环境检测。

　　来源：本文综合伙伴产业研究院(PAISI)、前瞻产业研究院报道。

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